供配电技术基本知识

2. 用电设备的额定电压
由于线路通过电流时要产生电压降，因此线路上各点的电压都略 有不同，如图1-4中虚线所示。但是成批生产的用电设备，规定用电 设备的额定电压与同级电网的额定电压相同。 3. 发电机的额定电压 电力线路允许的电压偏差一般为±5％，即整个线路允许有10％ 的电压损耗值，因此为了维持线路的平均电压在额定值，线路首端 电压可较线路额定电压高5％，而线路末端电压则可较线路额定电压 低5％，如图1-4所示。 规定发电机额定电压高于同级电网额定电压的5％。
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2.变配电所
电力系源自文库的概念
变电所的作用是接受电能、变换电压及分配电能。只接受 电能和分配电能，而不承担变换电压的场所，称为配电所 。
图1-3 变电所的结构示意图
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根据在电力系统中所处的地位和作用，变电所又可分为 1）枢纽变电所 枢纽变电所位于电力系统的枢纽点，汇集多个电源和多条出线回路， 对电力系统的稳定可靠运行起重要作用。一次侧电压通常为330 kV或500 kV，二次侧电压通常为220 kV或110 kV。 2）中间变电所 中间变电所位于系统主要干线的接口处，一次侧电压通常为220~330 kV，汇集2~3个电源和多条线路，向地区用户供电。
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影响供电电压的因素还有很多，比如导线的截面积、负荷的功率 因数、电价制度等。 在选择供电电压时，必须进行技术、经济比较，才能确定应该采 用的供电电压。 一般来讲，大中型用户常采用35～110 kV作供电电压，中小型用 户常采用10 kV、6 kV作供电电压。其中，采用10 kV供电电压最为常 见。
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三、电力系统的基本要求
1.电力系统的电压要求 1）额定电压的国家标准
表1-1 我国交流电网和电力设备的额定电压等级(kV)
电网和用电设备额定电压 0.38 3 6 10 35 60 110 154 220 330 500 交流发电机额定电压 0.40 3.15 6.3 10.5 15.75 变压器额定电压
一次绕组
0.38 3及3.15 6及6.3 10及10.5 15.75 35 60 110 154 220 330 500
二次绕组
0.40 3.15及3.3 6.3及6.6 10.5及11 38.5 66 121 169 242 363 525 15
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1. 电网的额定电压
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电网的额定电压必须符合国家规定的电压等级。当电网的电压选 定后，其他各类电力设备的额定电压即可根据电网的电压来确定。
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图1-5 电力变压器的额定电压说明
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2）电压分类
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电力系统额定电压分为以下三类。
（1）额定电压为100 V及以下，如12 V、24 V、36 V等，主要用 在安全照明、潮湿工作场所建筑物内部的局部照明及小容量负荷。 （2）额定电压为100 V以上1 000 V以下，如127 V、220 V、380 V、 600 V等，主要用于低压动力电源及照明电源。 （3）额定电压为1 000 V以上，如6 kV、10 kV、35 kV、110 kV、 220 kV、330 kV、500 kV、750 kV等，主要用于高压用电、发电及 输电设备。
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一、供配电技术的发展概况
供配电技术主要研究电力用户的电力供应和分配问题。电力 系统是生产、输送、使用电能的统一整体，供配电系统则是电力 系统的重要组成部分，是电力系统的电能用户，也是用电设备的 电源。电力系统和供配电系统的基本任务是安全、可靠、优质、 经济地供电。 供配电技术目前在向高电压、大容量、自动化程度高的方向 发展，而且发展越来越迅速。20世纪70年代，欧美各国对1 kV级 交流高压输电技术进行了很多研究开发。中国的供配电技术在近 50年的研究开发中也取得了突破性的进展，目前已建成东北、华 北、华中、华东、西北、川渝、南方7个跨省电网，以及山东、 新疆、福建、海南、西藏5个独立省区网。
2）当变压器不与发电机相连而是连接在线路上时，如图1-5中 的变压器T2，则可看做是线路的用电设备，因此其一次绕组额定 电压应与电网额定电压相同。
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(2) 电力变压器二次绕组的额定电压也分为两种情况： 1）当变压器二次侧供电线路较长时，如图1-5中变压器T1， 其额定电压高于同级电网额定电压的10％，以此补偿变压器二次 绕组内阻抗压降和线路上的电压损失； 2）当变压器二次侧供电线路不太长时，如图1-5中变压器T2， 其额定电压只需高于电网额定电压的5％即可，以此来补偿变压器 内部5％的电压损耗。
（1）动力系统。电力系统和发电厂的动力部分所构成的整体称为 动力系统，它是将电能、热能的生产、消费联系起来的纽带。 （2）电力系统。电力系统是由发电机及其配电装置、变压器、输 电线路、配电线路和用电设备组成的统一体，是动力系统的一部分， 完成电能的生产、输送、变换、分配和使用。 （3）电力网。各级电压的电力线路及各类变电所总称为电力网， 它是电力系统的一部分，是输送电能、变换电能和分配电能的通道。
2) 低压配电电压 用电单位的低压配电电压一般采用220／380 V的标准电压等级。 但在某些特殊场合 (如矿井)，负荷中心远离变电所，为保证负荷 端的电压水平一般采用660 V作为配电电压。另外，在某些场合中， 考虑到安全的原因可以采用特殊的安全低电压配电。
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3.工厂供配电系统的质量要求
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2）工厂配电电压的选择 配电电压是指用户内部供电系统向用电设备配电的电压等级。 由用户总降压变电所或高压配电所向高压用电设备配电的电 压称为高压配电电压；由用户车间变电所或建筑物变电所向低压用电 设备配电的电压称为低压配电电压。 1) 高压配电电压 中小型用户采用的高压配电电压通常为10 kV或6 kV。从技术 经济指标来看，最好采用10 kV作为配电电压。 因为在同样的输送功率和输送距离的条件下，配电电压越高， 线路电流越小，线路所采用的导线或电缆截面就越小，这样可减少线 路的初投资和金属消耗量，减少线路的电能损耗和电压损耗。
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(1) 电压偏差 电压偏差是指实际电压U偏离额定电压UN的幅度，一般用百分数表示，
即
U－U N ΔU 1 0 0 % UN
(1-1)
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当电压偏离额定值时，对电力系统本身及电力设备将产生很 大 的 影 响 。 供 配 电 系 统 主 要 影 响 电 力 设 备 。 国 家 标 准 GB 12325―2008《电能质量 供电电压允许偏差》规定了不同电压等级 的允许电压偏差 。
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3）核能发电厂 是利用核能发电的发电厂。利用原子能反应堆代替 火力发电厂的锅炉，把核燃料不断发生裂变产生的原子能 转化为热能，用该热能将水加热成高温高压的蒸汽，把蒸 汽送至汽轮机中，推动汽轮机带动同轴的发电机发电。其 能量转换过程为核裂变能→热能→机械能→电能。 4）其他类型发电厂 其他类型发电厂有地热发电厂、风力发电厂、潮汐 发电厂、太阳能发电厂等。
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对于一些区域面积大、负荷多而且集中的大型用户，如环境条件 允许采用架空线路和较经济的电气设备时，则可考虑采用35 kV作为 高压配电电压直接深入各用电负荷中心，并经负荷中心变电所直接降 为用电设备所需电压。
这种直配方式省去了中间变压，简化了供电接线，节约了有色金 属，降低了功率损耗和电压损失。
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3）地区变电所 地区变电所是一个地区的主要供电点，一次侧电压通常为 110~220 kV，给中低压的下一级变电所供电。 4）工厂企业变电所 包括工厂总降压变电所和车间变电所。其中，工厂总降压 变电所把35～110 kV电压降压为6～10 kV电压，向车间变电所供 电；车间变电所把6～10 kV电压降压为380 V/220 V电压，向低 压用电设备供电。 5）终端变电所 一般建在接近负荷处，高压侧电压为10～110 kV，经降压后 向用户供电。
表1-3 供电电压允许偏差
线路额定电压 允许的电压偏差
35 kV及35 kV以上 10 kV及10 kV以下
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图1-4 用电设备和发电机的额定电压说明
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4. 电力变压器的额定电压 (1) 电力变压器一次绕组的额定电压分为两种情况： 1）当变压器直接与发电机相连时，如图1-5中的变压器T1，其 一次绕组额定电压应与发电机额定电压相同，即高于同级电网额 定电压的5％；
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知识目标 了解国内外供配电技术的发展概况，正确理解电力系统的各 个环节，掌握发电厂、变配电所、电力网等知识。
能力目标
理解电力系统的概念、电力系统的基本要求和供电质量等。
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一、供配电技术的发展概况 二、电力系统的组成
三、电力系统的基本要求
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模块一
供配电技术基本知识
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供配电技术研究工厂所需电能的供应和分配的问题。 电能是现代工业生产的主要能源和动力，在现代工业生 产和整个国民经济的各个领域中有着极为广泛的应用。 本模块主要介绍供配电技术有关的一些基本知识，包括 电力系统的组成及基本要求，供配电系统的构成，电力 系统的中性点运行方式等供配电技术的基本知识，使学 生对供配电系统有初步的认识和了解，为今后从事供配 电技术方面的工作奠定一定的基础。
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2. 工厂供配电电压的选择 1）工厂供电电压的选择
工厂供电电压是指供配电系统从电力系统取得的电源电压。供电 电压的选择主要取决于供电企业供电的电压等级，工厂用电设备的电压、 容量和输送距离等因素。
表1-2 各级电压下电力线路较合理的输送容量和输送距离 线路电压(kV) 0.38 3 6 10 35 110 220 输送功率(kW) 100以下 100-1000 100-1200 200-2000 2000-10000 10000-50000 100000-500000 输送距离(km) 0.6 1-3 4-15 6-20 20-50 50-150 100-300
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下面将电力系统的各组成部分分别加以介绍。 1. 发电厂 1）火力发电厂 是将煤、石油、天然气等燃料的化学能转换成电能的工厂。其 能量转换过程为燃料的化学能 →热能→ 机械能→电能。火力发电厂 可分为凝气式火力发电厂（又称坑口电厂或区域电厂）和供热式火 力发电厂（又称热电厂或热电站）。 2）水力发电厂 是利用水的势能和动能转变成电能的工厂，其能量转换过程为 水的势能 →机械能→电能。水力发电厂主要分为堤坝式水力发电厂、 引水式水力发电厂和混合式水力发电厂。
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二、电力系统的组成
电力系统：把由各种类型发电厂中的发电机、升降压变压器、输 电线路和电力用户连接起来的一个发电、输电、变电、配电和用 电的统一的整体。
图1-1 电力系统的组成示意图
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图1-2 动力系统、电力系统及电力网的示意图
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1）安全性要求
保证供电的安全性是对工厂供配电系统的最基本要求， 供配电系统在电能的供应、分配及使用过程中，不应发生人身和 设备事故。 2）电压的质量要求 提高工厂供配电系统的电能质量主要是提高电压的质量， 分为电压幅值和波形两个方面。电压质量对各类用电设备的性能、 使用寿命、安全以及经济运行等方面有直接的影响。
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3.电力网 按电压高低和供电范围的大小可分为地方电网、区域电网、 超高压电网。 按功能不同可分为输电网和配电网。输电网的电压等级为 110 kV以上；配电网的电压等级为110 kV及以下，。配电网是分配 电能的通道。 4.电能用户 所有用电单位或用电设备均称为电能用户。电能用户可分为 工业企业电能用户和民用电能用户。在中国，工业企业是最大的电 能用户，其用电量占全年总发电量的70%以上。